(57)【要約】【課題】孵化したばかりの水産系幼生体のへい死を防止できる飼育装置とその方法を提供する。【解決手段】円筒状の水槽２と、この水槽２に収容される飼育用水３と、この水槽２の底面２ａの中央部に配設されて酸素含有気体１２からなる気泡５を発生させる気泡発生器４とを有し、気泡５の上昇に伴って水槽２の中心軸６に沿って水面３ａに向う上昇流７を形成させ、この上昇流により水面３ａ側に，水槽２の中心軸６を含む垂直断面において，中心軸６を挟んで１対の渦構造をなすフローパターンを形成させるとともに、水槽２の中心軸６を含む垂直断面において，フローパターンの形成位置よりも深い位置に，水槽２の底面２ａに向って下降し水槽２の底面２ａ近傍において水槽２の側壁２ｂに向って拡散する下降拡散流１０ａを形成させることを特徴とする水産系幼生体飼育装置１による。【選択図】図１
2013102729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の水槽と、この水槽に収容される飼育用水と、前記水槽の底面の中央部に配設されて酸素含有気体からなる気泡を発生させる気泡発生器とを有し、
前記気泡の上昇に伴って前記水槽の中心軸に沿って水面に向う上昇流を形成させ、
この上昇流により前記水面側に，前記水槽の前記中心軸を含む垂直断面において，前記中心軸を挟んで１対の渦構造をなすフローパターンを形成させるとともに、
前記水槽の前記中心軸を含む垂直断面において，前記フローパターンの形成位置よりも深い位置に，前記水槽の前記底面に向って下降し前記水槽の前記底面近傍において前記水槽の側壁に向って拡散する下降拡散流を形成させることを特徴とする水産系幼生体飼育装置。
【請求項２】
円筒状の水槽と、この水槽に収容される飼育用水と、前記水槽の底面の中央部に配設されて酸素含有気体からなる気泡を発生させる気泡発生器とを有し、
前記気泡の上昇に伴って前記水槽の中心軸に沿って水面に向う上昇流を形成させ、
この上昇流により前記水面側に，前記水槽の前記中心軸を含む垂直断面において，前記中心軸を挟んで１対の渦構造をなす第１のフローパターンを形成させ、
この第１のフローパターンに連動して前記底面側に，前記水槽の前記中心軸を含む垂直断面において，前記中心軸を挟んで１対の渦構造をなす第２のフローパターンを形成させ、
前記第１のフローパターンは、前記水槽の前記中心軸を含む垂直断面において，前記水面側に向って上昇し前記水面近傍において前記水槽の前記側壁に向って拡散する上昇拡散流と，この上昇拡散流に連続して形成され前記水槽の前記底面側に向って下降し前記中心軸に向って収束する下降収束流と，を形成させ、
前記第２のフローパターンは、前記水槽の前記中心軸を含む垂直断面において，前記底面側に向って下降し前記底面近傍において前記水槽の前記側壁に向って拡散する下降拡散流と，この下降拡散流に連続して形成され前記水槽の前記水面側に向って上昇し前記中心軸に向って収束する上昇収束流と，を形成させることを特徴とする水産系幼生体飼育装置。
【請求項３】
前記水槽に収容される前記飼育用水の水平断面半径ｒに対する水深Ｈの比で表されるアスペクト比ＡＲ（ＡＲ＝Ｈ／ｒ）は、１.２〜２の範囲内であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水産系幼生体飼育装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載される水産系幼生体飼育装置を用いて、前記水槽に収容される前記飼育用水の水平断面半径ｒに対する水深Ｈの比で表わされるアスペクト比ＡＲ（ＡＲ＝Ｈ／ｒ）を１．２〜２の範囲内に保持して飼育することを特徴とする水産系幼生体飼育方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水槽内の水質を悪化させることなく、しかも、新規な設備を何ら追加することなしに孵化したばかりの水産系幼生体（例えば、幼魚や、貝類の幼生など）のへい死を防止することができる水産系幼生体飼育装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、魚類や貝類の種苗生産上の重要な課題は、初期減耗とよばれる卵から孵化した仔魚が稚魚になるまでの、あるいは、孵化したばかりの貝類の幼生体が稚貝になるまでの期間における死亡率である。初期減耗の主要因として、天然水域の場合、飢餓、被食および物理的条件（たとえば、海流による不適切な環境への輸送）が挙げられている。
種苗生産においても物理的な環境の制御は重要な要素であるが、一般に、魚介類の種苗生産水槽では通気装置によって水槽内の流れを制御する方法がとられる。しかしながら、その管理は水の流れを目視で監視するなど五感を活かした飼育技術者の経験と勘に頼ることが多いため、飼育技術者によってそのノウハウが若干異なる。それに加えて通気設定を少しでも誤ると、大量へい死に繋がることも生じ得る。
たとえば、強い通気は早い流速を形成するので仔魚の摂餌を妨げ、定位するためのエネルギーを過剰に要し、結果的にへい死をもたらすことが懸念される。他方、通気が少なすぎると、微弱な水流しか形成されずに、渦中心部に流れがほとんど生じない、いわゆる、死水となり、仔魚飼育に適さないことが報告されている。これらの報告は、水産系幼生体（例えば、幼魚や、貝類の幼生など）の飼育には、適切な水流を形成するための最適な通気量が存在することを示唆している。
【０００３】
特許文献１には「飼育水槽、及び当該飼育水槽を用いた飼育方法、並びに水流の予測方法」という名称で気泡及び噴水流を考慮した飼育水槽、当該飼育水槽を用いた飼育方法、及び水流の予測方法に関する発明が開示されている。
特許文献１に開示される飼育水槽は、噴水流の外側に前記噴水流より緩やかな上昇流を形成せしめるように、気泡を発生させることを特徴とするものである。
上述のような特許文献１に開示される発明によれば、これまで初期飼育が困難とされてきた仔魚(マハタも含め)において、従来法と比較して、はるかに安定かつ大量の種苗の初期飼育が可能になる。また、特許文献１に開示される飼育水槽によれば、仔魚、幼生の初期減耗（卵のふ化から１０日くらいまでに見られる高い死亡率）を軽減することが可能である。
【０００４】
特許文献２には「水産生物の養殖方法及びその装置」という名称で、藻類、貝類、魚類等の養殖、及び水産生物の種苗生産と保存、飼料培養等を効果的に行うための水産生物養殖方法及びその装置に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示される水産生物の養殖方法は、上端が水面より上にあり、下端底部が水中にあって、該下端底部中央部に取水排水口が開口している養殖タンク内に、該養殖タンクの前記取水排水口から上方に向けて空気を送ることにより、前記養殖タンク内に水の垂直対流を発生させ、前記取水排水口から水を養殖タンク内に導入すると共に養殖タンク内の水を養殖タンク外に流出させて、養殖タンク内の水を該養殖タンク外の水と交換しながら水産生物を養殖することを特徴とするものである。
上述のような特許文献２に開示される発明によれば、海や湖の水上、水中、或いは陸上に区画された養殖タンク内で、養殖タンク内の水に垂直対流を効率的に発生させて養殖環境を改善でき、且つ赤潮等水面の汚染に影響されることなく、高密度の魚介類、藻類の養殖ができ、且つ種苗保存及び飼料培養ができる。また、養殖タンク内の水を養殖タンク外の深い位置の汚染されていない水と循環しながら養殖することができ、例えば、海での養殖では養殖タンク内に塩分、栄養塩素及び水温の安定した海底の海水を導入できると共に養殖タンク内の汚れた海水を排除することができる。さらに、養殖タンク内に海底の富栄養海水を導入でき餌生物の発生を促進できるので、従来困難であった海上での魚介類、藻類の種苗生産と保存及び飼料培養ができ、管理の省力化が促進できる。水槽内に設置された養殖タンク内の水を浄化しながら、養殖タンク内に還流することにより、内部循環であっても養殖タンク内の水を常にきれいに保つことができ、養殖効率を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１６８３９２号公報
【特許文献２】特開平０６−３２７３７５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】宮下  盛、「種苗生産における浮上及び沈降死」、日本水産学会誌、日本、日本水産学会、２００６年、Ｖｏｌ.７２、Ｎｏ.５、ｐ９４７−９４８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、人工的な飼育環境化において孵化したばかりの水産性幼生体（例えば、幼魚や、貝類の幼生など）の死因の主なものに浮上死がある。この浮上死は、非特許文献１によると、「浮上死は、仔魚が水面に張り付くように浮き上がってへい死するもので、主に１日齢から４日齢のごろまでの日中に良く観察される。これは照度の上昇に伴って、表層へ移動した仔魚が、飼育水面において空気暴露あるいは表面張力によるストレスのため、体表粘液細胞から過剰に粘液が生じるとともに、魚体水分が低下（乾燥）することなどが一因と考えられている」との記載が認められる。
従って、この浮上死を効果的に防止するためには、孵化したばかりの水産系幼生体が飼育用水槽の水面に送られるのを妨げることが好ましいと推測される。
その一方で、孵化したばかりの水産系幼生体を飼育する飼育用水への主な通気方法は、気泡発生装置による気泡の供給であり、この場合、気泡の自然な上昇に伴って飼育用水中に上昇流が必ず生じるので、泳力の極めて弱い孵化したばかりの水産系幼生体が水面側に送られるのを防止することは、実質的に不可能であった。
また、被飼育対象である水産系幼生体が開鰾魚である場合、仔魚は２日齢目から開鰾（体内の浮袋に空気を取り込んで、浮力の調節を行うこと）を始めるので（非特許文献１を参照）、孵化したばかりの水産系幼生体の水面側への移動を確実に妨げるような手段を講じることは、開鰾魚の開鰾を妨げて沈降死を招く恐れがあり、好ましくなかった。
【０００８】
特許文献１，２に開示されるいずれの発明も、飼育用水槽の中央において生じる上昇流と、飼育用水槽の側壁面上において水面から飼育用水槽の底面に向う下降流とを包含する循環流れが生じるよう構成されるものであり、孵化したばかりの水産系幼生体（例えば、幼魚や、貝類の幼生など）が水面近傍に搬送される頻度が高くなることは必至である。
このため、孵化したばかりの水産系幼生体が、飼育用水の水面の表面張力に捕捉される確率を低くするためには、飼育用水への通気量を少なくして循環流れの流速を遅くしてやる必要があるが、この場合、飼育用水に好適に酸素を供給できない恐れがあった。
【０００９】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものでありその目的は、孵化して間もない水産性幼生体が水面近傍に送られる頻度を少なくして、孵化して間もない水産性幼生体の浮上死を特に効果的に防止することができる水産系幼生体飼育装置とその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため請求項１記載の発明である水産系幼生体飼育装置は、円筒状の水槽と、この水槽に収容される飼育用水と、水槽の底面の中央部に配設されて酸素含有気体からなる気泡を発生させる気泡発生器とを有し、気泡の上昇に伴って水槽の中心軸に沿って水面に向う上昇流を形成させ、この上昇流により水面側に，水槽の中心軸を含む垂直断面において，中心軸を挟んで１対の渦構造をなすフローパターンを形成させるとともに、水槽の中心軸を含む垂直断面において，フローパターンの形成位置よりも深い位置に，水槽の底面に向って下降し水槽の底面近傍において水槽の側壁に向って拡散する下降拡散流を形成させることを特徴とするものである。
上記構成の発明において、水槽は飼育用水を収容保持するという作用を有する。また、飼育用水は、水産系幼生体（例えば、幼魚や、貝類の幼生など）の生息環境を提供するという作用を有する。さらに、気泡発生器は、水槽の底面の中央において小さい気泡を連続して発生させることで、飼育用水中に酸素を供給するとともに、水槽の中央に水面に向う上昇流を形成させるという作用を有する。そして、水槽の水平断面を円形とし、かつ、気泡発生器を水槽の底面の中央に配置することで、上昇流に連動して生じる水流を、水槽の水平断面における半径方向において均一化するという作用を有する。
また、上昇流により水面側に生じるフローパターンは、水槽の中心軸を含む垂直断面において、水槽の水面側と水槽の中ほどの位置とを循環する循環流れを形成し、水産系幼生体を、水槽の水面近傍と水槽の中ほどの位置との間を循環移動させるという作用を有する。
さらに、請求項１記載の発明において、水槽の水面側に形成されるフローパターンよりも深部に形成される下降拡散流は、上記循環流れに乗って移動する水産系幼生体の一部を、水槽の深部（水槽の底面側）に引き込んで、循環流れによる回遊から離脱させるという作用を有する。そして、この作用により、水産系幼生体が水面の表面張力に捕捉される確率を低減するという作用を有する。
【００１１】
請求項２記載の発明である水産系幼生体飼育装置は、円筒状の水槽と、この水槽に収容される飼育用水と、水槽の底面の中央部に配設されて酸素含有気体からなる気泡を発生させる気泡発生器とを有し、気泡の上昇に伴って水槽の中心軸に沿って水面に向う上昇流を形成させ、この上昇流により水面側に，水槽の中心軸を含む垂直断面において，中心軸を挟んで１対の渦構造をなす第１のフローパターンを形成させ、この第１のフローパターンに連動して底面側に，水槽の中心軸を含む垂直断面において，中心軸を挟んで１対の渦構造をなす第２のフローパターンを形成させ、第１のフローパターンは、水槽の中心軸を含む垂直断面において，水面側に向って上昇し水面近傍において水槽の側壁に向って拡散する上昇拡散流と，この上昇拡散流に連続して形成され水槽の底面側に向って下降し中心軸に向って収束する下降収束流と，を形成させ、第２のフローパターンは、水槽の中心軸を含む垂直断面において，底面側に向って下降し底面近傍において水槽の側壁に向って拡散する下降拡散流と，この下降拡散流に連続して形成され水槽の水面側に向って上昇し中心軸に向って収束する上昇収束流と，を形成させることを特徴とするものである。
上記構成の発明において、水槽、飼育用水、気泡発生器、気泡のそれぞれは、請求項１記載の発明における水槽、飼育用水、気泡発生器、気泡の作用と同じである。また、請求項２記載の発明における第１のフローパターンによる作用は、請求項１記載の発明におけるフローパターンの作用と同じである。さらに、請求項２記載の発明における第２のフローパターンは、請求項１記載の発明における下降拡散流を包含するものであり、第１のフローパターンとは別に形成される他のフローパターンである。よって、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の技術内容をより詳細に記載したものである。
請求項２記載の発明における第２のフローパターンは、水槽の中心軸を含む垂直断面において、水槽の底面近傍と水槽の中ほどの位置とを循環する緩やかな循環流れを形成させるという作用を有する。
すなわち、請求項２記載の発明では、水面近傍と水槽の中ほどの位置とを循環する循環流れに加えて、水槽の底面近傍と水槽の中ほどの位置とを循環する別の循環流れが形成されることになる。このため、請求項２記載の発明においては、第１のフローパターンに乗って水槽内を回遊する水産系幼生体の一部を、水槽の底面側に形成される第２のフローパターンに取り込んで、第１のフローパターンによる回遊から離脱させるという作用を有する。そして、この作用により、水産系幼生体が水流により水面近傍に搬送される頻度を低減して、孵化したばかりの水産系幼生体が水面の表面張力に捕捉される確率（リスク）を低くするという作用を有する。
【００１２】
請求項３記載の発明である水産系幼生体飼育装置は、請求項１又は請求項２に記載の水産系幼生体飼育装置であって、水槽に収容される飼育用水の水平断面半径ｒに対する水深Ｈの比で表されるアスペクト比ＡＲ（ＡＲ＝Ｈ／ｒ）は、１.２〜２の範囲内であることを特徴とするものである。
上記構成の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明と同じ作用に加えて、水槽内に収容される飼育用水からなる水柱のアスペクト比ＡＲを１.２〜２の範囲内とすることで、水槽内に形成される上昇流のみにより、また、この上昇流の流速の強弱に関わらず、水槽内に第１のフローパターンに加えて、下降拡散流を、又はこの下降拡散流を包含する第２のフローパターンを確実に形成させるという作用を有する。
【００１３】
請求項４記載の発明である水産系幼生体飼育方法は、請求項１又は請求項２に記載される水産系幼生体飼育装置を用いて、前記水槽に収容される前記飼育用水の水平断面半径ｒに対する水深Ｈの比で表わされるアスペクト比ＡＲ（ＡＲ＝Ｈ／ｒ）を１．２〜２の範囲内に保持して飼育することを特徴とするものである。
上記構成の発明は、請求項３に記載の発明を飼育方法の発明として表現したものであり、その作用は実質的に請求項３に記載の発明と同様である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１又は請求項２に記載の発明によれば、水槽の中心軸を含む垂直断面において、水面近傍と水槽の中ほどの位置とを循環する循環流れ（請求項１記載の発明におけるフローパターン，請求項２記載の発明における第１のフローパターン）に加えて、水槽の中ほどの位置から底面側に向かう下降拡散流，又は，この下降拡散流を包含する第２のフローパターン（水槽の中ほどの位置と底面近傍とを循環する循環流れ）を形成させることができる。
この結果、請求項１又は請求項２に記載の発明では、水産系幼生体の回遊ルートとして、水槽の中心軸を含む垂直断面において、水面近傍と水槽の中ほどの位置とを循環するルートに加えて、水槽の中ほどの位置から底面近傍に向うルートを形成させることができる。
この場合、飼育用水中において飼育される水産系幼生体は、水槽の水面側において、水面近傍と水槽の中ほどの位置とを循環移動するだけでなく、第１のフローパターンよりも水槽の深部に形成される下方拡散流に乗って、水槽の底面側にも容易に移動することが可能になる。
また、この下方拡散流は、第１のフローパターンを形成する水流よりも流れが緩やかであるため、孵化したばかりの水産系幼生体が強い水流に流されて疲弊したり、餌の捕捉が困難になる可能性が低い。
従って、請求項１又は請求項２に記載の発明によれば、孵化したばかりの水産系幼生体が、水流にながされて水面近傍に搬送される頻度を確実に減らすと同時に、水槽の中ほどの位置から底面側の領域に孵化したばかりの水産系幼生体にとって生育に適した安全な場を提供することができる。
この結果、請求項１又は請求項２に記載の発明においては、孵化したばかりの水産系幼生体が水槽の水面において表面張力に捕捉されてへい死する確率を減らすとともに、その他の要因によるへい死も抑制できるので、水産系生物の飼育繁殖を効率的に行うことができる。
【００１５】
請求項３記載の発明は請求項１又は請求項２記載の発明と同じ効果を有する。
また、請求項３記載の発明によれば、水槽内に収容される飼育用水からなる水柱のアスペクト比ＡＲを１.２〜２の範囲内に設定することで、水槽内に生じる上昇流の流速に関わらず、より具体的には、水槽内に供給される酸素含有気体の供給量の多少に関わらず、水槽の中心軸を含む垂直断面において、水槽の中ほどの位置から水槽の底面側に向かう下降拡散流を確実に形成させることができる。
これにより、孵化したばかりの水産系幼生体の飼育に適した流速が速い場合でも遅い場合でも、あるいは、孵化したばかりの水産系幼生体が溶存酸素量の多い環境を好んでも好まなくても、水産系幼生体が水流によって水面側に運ばれて表面張力に捕捉される確率を低減することができる。
この結果、請求項３記載の発明によれば、様々な種類の水産系幼生体を飼育繁殖する際に、特に浮上死による初期減耗を効果的に防止することができる。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は請求項３記載の発明を飼育方法の発明として捉えたものであり、その効果は実質的に請求項３に記載の発明と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る水産系幼生体飼育装置の概念図である。
【図２】本試験に用いた試験装置の概念図である。
【図３】本試験において固体トレーサとして使用したアルミ粉の顕微鏡写真である。
【図４】（ａ）はＱ＝５０ｍＬ／ｍｉｎ一定におけるＡＲ＝０.５の場合の水槽内全域のフローパターンを可視化した画像であり、（ｂ）はこのフローパターンの模式図である。
【図５】（ａ）はＱ＝５０ｍＬ／ｍｉｎ一定におけるＡＲ＝１.０の場合の水槽内全域のフローパターンを可視化した画像であり、（ｂ）はこのフローパターンを模式化して示した図である。
【図６】（ａ）はＱ＝５０ｍＬ／ｍｉｎ一定におけるＡＲ＝２.０の場合の水槽内全域のフローパターンを可視化した画像であり、（ｂ）はこのフローパターンの模式図である。
【図７】（ａ）アスペクト比ＡＲ＝２.０の水槽における水面から５ｍｍ下降した位置の水槽の水平断面における水流を可視化して示した画像であり、（ｂ）は同水槽において水面から１９５ｍｍ下降した位置の水槽の水平断面における水流を可視化して示した画像であり、（ｃ）は同水槽において水面から３８５ｍｍ下降した位置の水槽の水平断面における水流を可視化して示した画像である。
【図８】縦軸にアスペクト比ＡＲの値をとり、横軸の通気量Ｑを変化させた場合の各渦対系が生じる領域を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の形態に係る水産系幼生体飼育水槽について図１を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
本発明の実施の形態に係る水産系幼生体飼育装置について図１を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る水産系幼生体飼育装置の概念図である。
図１に示すように、本実施の形態に係る水産系幼生体飼育装置１は、飼育用水３が満たされた円筒状の水槽２内の底面２ａの中央部（略中央部の概念も含む）に気泡発生器４を設置し、この気泡発生器４に供給管１１を介して供給される酸素含有気体１２からなる気泡５の上昇に伴って形成される上昇流７により、水槽２内に水流を生じさせたものである。
より具体的には、本実施の形態に係る水産系幼生体飼育装置１は、水槽２内において、まず、気泡５の水面３ａへの上昇を利用して水槽２の中心軸６上に上昇流７を形成させ、次に、この上昇流７を利用して、水槽２の中心軸６を含む垂直断面において、水槽２の水面３ａ側に中心軸６を挟んで１対の渦構造をなす第１のフローパターン８を形成させたものである。
さらに、本実施の形態に係る水産系幼生体飼育装置１は、この第１のフローパターン８に連動して、水槽２の底面２ａ側に、水槽２の中ほどの位置から水槽２の底面２ａに向って下降し，水槽の底面２ａ近傍において水槽２の側壁２ｂに向って拡散する下降拡散流１０ａを包含する、第２のフローパターン１０を形成させたものである。この第２の第２のフローパターン１０は、水槽２の中心軸６を含む垂直断面において、中心軸６を挟んで１対の渦構造をなすものである。
なお、図１では供給管１１を水槽２の底面２ａに貫通して配設する場合を例に挙げて説明しているが、供給管１１は気泡５の上昇により形成される上昇流７に沿って、飼育用水３の水面３ａ側に配設されてもよい。
【００２０】
ここで、水槽２内に形成される第１のフローパターン８及び第２のフローパターン１０のそれぞれについて詳細に説明する。
第１のフローパターン８は、図１に示すように、水槽２の中心軸６を含む垂直断面の水面３ａ側に、中心軸６を挟んで形成される１対の渦構造をなすものである。また、この１対の渦構造は、水槽２の中ほどの位置から中心軸６に沿って水面３ａ側に向って上昇し，水面３ａの近傍において水槽２の側壁２ｂに向って拡散する上昇拡散流８ａと、この上昇拡散流８ａに連続して形成され、水槽２の底面２ａに向って側壁２ｂ近傍を下降し，水槽２の中ほどの位置において中心軸６に向って収束する下降収束流８ｂを形成させるものである。
そして、第１のフローパターン８は、上述のような上昇拡散流８ａ及び下降収束流８ｂが形成されることで、水槽２の中心軸６を含む垂直断面において、中心軸６を挟んだ左右のそれぞれに、水面３ａ近傍と水槽２の中ほどの位置を循環する循環流れが形成される。
なお、本願明細書に記載する「中ほどの位置」とは、水槽２の鉛直方向中心のみを指し示すのではなく、水槽２を鉛直方向に３分割した際の中間部分の領域全域を含む概念である。
【００２１】
さらに、本実施の形態に係る水産系幼生体飼育装置１では、水槽２の中心軸６を含む垂直断面において、第１のフローパターン８が形成されることによる反作用により、水槽２の底面２ａ側に、やはり中心軸６を挟んで１対の渦構造をなす第２のフローパターン１０を形成させることができる。なお、第１のフローパターン８と第２のフローパターン１０の境界は、水槽２の中ほどの位置に存在している。
この第２のフローパターン１０は、図１に示すように、水槽２の中心軸６を含む垂直断面において、水槽２の中心軸６寄りの中ほどの位置から底面２ａ側に向って下降し，底面２ａの近傍において水槽２の側壁２ｂに向って拡散する下降拡散流１０ａと、この下降拡散流１０ａに連続して形成され、水槽２の水面３ａ側に向って側壁２ｂ近傍を上昇し，水槽２の中ほどの位置において中心軸６に向って収束する上昇収束流１０ｂを形成させるものである。
そして、第２のフローパターン１０は、上述のような下降拡散流１０ａ及び上昇収束流１０ｂが形成されることで、水槽２の中心軸６を含む垂直断面において、中心軸６を挟んだ左右のそれぞれに、底面２ａ近傍と水槽２の中ほどの位置を循環する循環流れが形成される。
なお、図１に示すように、水槽２の中心軸６を含む垂直断面において、第１のフローパターン８と第２のフローパターン１０の間の側壁２ｂの内側面上には、水流の方向転換が生じる基点であるはく離点９が形成される。
【００２２】
ここで、本実施の形態にかかる水産系幼生体飼育装置１の作用、効果について説明する。
従来技術の場合のように、水槽の中心軸を含む垂直断面において、上昇流により水面近傍と水槽の底面近傍とを循環する循環流れのみが形成される場合は、孵化したばかりで泳力の弱い水産系幼生体（例えば、幼魚や、貝類の幼生など）は、この循環流れに流されて、繰り返し水面側に搬送されることを余儀なくされる。この結果、水産系幼生体が水槽の水面に搬送される頻度が高まり、水面の表面張力に水産系幼生体が捕捉されるリスクも高まる。このため、孵化したばかりの水産系幼生体の浮上死が多くなると推測される。
このような従来技術の場合、孵化したばかりの水産系幼生体の浮上死を含むへい死を防止するために何らかの対策を講じる必要があるものの、飼育用水への酸素供給に不可欠な通気をむやみに停止させることはでないので、特に水産系幼生体の浮上死を防止することは極めて困難であるとされてきた。
【００２３】
これに対して、本実施の形態に係る水産系幼生体飼育装置１では、先に述べたとおり、水槽２の中心軸６を含む垂直断面に、第１のフローパターン８に加えて、下降拡散流１０ａを包含する第２のフローパターン１０をも形成させることができるので、第１のフローパターン８による回遊を余儀なくされる水産系幼生体の一部を、第１のフローパターン８１よりも水槽２の深部に形成される下降拡散流１０ａにより水槽２の底面２ａ側に引き込むことができる。これにより、一部の水産系幼生体を第１のフローパターン８による回遊から確実に離脱させることができる。
この結果、水槽２内において飼育される水産系幼生体が、水槽２内に形成される水流により水面３ａ近傍に搬送される頻度を確実に減らすことができるので、水面３ａ近傍に搬送された水産系幼生体が水面３ａの表面張力に捕捉されるリスクを低減することができる。これにより、孵化したばかりの水産系幼生体が浮上死するリスクを低減することができる。
【００２４】
また、本実施の形態に係る水産系幼生体飼育装置１では、第１のフローパターン８の流速よりも、第２のフローパターン１０の流速の方が緩やかである。このため、水槽２に第１のフローパターン８しか形成されない場合に比べて、水産系幼生体が強い水流により疲弊してへい死したり、餌の捕捉が困難になるリスクも低減することができる。
さらに、本実施の形態に係る水産系幼生体飼育装置１では、第１のフローパターン８と第２のフローパターン１０とを並存させることで、水産系幼生体の水面３ａへの移動が妨げられないので、被飼育対象が開鰾魚である場合でも、浮袋への空気の取り込みが容易であり、孵化したばかりの水産系幼生体の沈降死を防止できる可能性が高い。
よって、本実施の形態に係る水産系幼生体飼育装置１によれば、水槽２の中心軸６を含む垂直断面に、第１のフローパターン８に加えて、下降拡散流１０ａを包含する第２のフローパターン１０を形成させることで、孵化したばかりの水産系幼生体がへい死するリスクを低減することができ、これにより、水産系生物を飼育繁殖する際の初期減耗を小さくできる。
【００２５】
加えて、本実施の形態に係る水産系幼生体飼育装置１では、図１に示すように、水槽２内に収容される飼育用水３からなる水柱の水平断面半径ｒに対する水深Ｈの比で表されるアスペクト比ＡＲ（ＡＲ＝Ｈ／ｒ）の値を１.２〜２の範囲内に設定することで、上昇流７のみにより、また、この上昇流の強弱によらず、水槽２の中心軸６を含む垂直断面に、第１のフローパターン８、及び、下降拡散流１０ａを包含する第２のフローパターン１０を確実に形成させることができる。
この場合、本実施の形態に係る水産系幼生体飼育装置１の構成を極めてシンプルにしながら、水産系幼生体の飼育繁殖時における初期減耗を小さくすることができる。
なお、本実施の形態では、水産系幼生体飼育装置として説明したが、この水産系幼生体飼育装置１を用いて、水槽２内の底面２ａの略中央部に気泡発生器４を設置して、特に水槽２内の水深をアスペクト比ＡＲ１．２〜２に保持するようにしながら、水産系生物の幼生体を飼育、養殖することによれば、孵化したばかりの水産系幼生体がへい死するリスクを低減することができ、著しく初期減耗を小さくできるという優れた効果を発揮することができるのである。
【００２６】
以下に、本発明に係る水産系幼生体飼育装置１の水槽２内に形成される水流のフローパターンを調べるために行った試験及びその結果について図２乃至図８を参照しながら説明する。
（１）試験装置
本試験に用いた円筒型飼育水槽は、寸法が内径（２ｒｉ＝）３９０ｍｍ、外径４００ｍｍ（厚さ５ｍｍ）、高さ５９０ｍｍであり、材質は透明アクリル樹脂製とした。水槽内の流体はフローパターンの観察のみが目的のため、清水（水道水）を用いた。可視化実験の際、透過光の屈折による歪みを防止するために、円筒型水槽の外側に断面が５００ｍｍ×５００ｍｍで高さ５００ｍｍの角形水槽を設置し、その間に水を封入した。本試験に用いた試験装置を図２に示す。
図２は本試験に用いた試験装置の概念図である。
本試験では、水槽内に導入した空気の流量(通気量)Ｑを１０，２５および５０ｍＬ（ミリリットル）／ｍｉｎ（分）の３種類とした。通気量Ｑはエアポンプ（テクノ高槻製、ＳＰＰ−６ＧＡ）から送風される空気量を三方コックで調整し、必要空気量となるように制御した。なお、通気量は１分間当たりの吐出空気量を水槽内でビーカーを用いて直接捕集し、数回の計測の平均値とした。液深は投影断面内ＡＲ（＝Ｈ／ｒｉ，Ｈは液深、ｒｉは水槽半径）の値に応じて変化させた。なお、ＡＲは０.５，１.０および２.０に変化させた。実験時の水温はおよそ２５℃の一定に調節した。
【００２７】
（２）水槽中の水流の可視化方法
水槽中の水流の可視化方法は、細部の状況を詳細に判別できるように懸濁法を用いた。懸濁法とは流れ場中に微小の固体トレーサを直接注入し、水と懸濁させた後、そのトレーサを追跡観察してフローパターンを求める方法である。本試験に用いたトレーサは比重２.７、平均粒径４０μｍのアルミ粉である。アルミ粉と水との質量比は４.３１×１０−７に固定して実験した。アルミ粉と水との親和性をよくするため、アルミ粉を一旦アルコールに混ぜてから水面下に注入した。なお、アルミ粉の沈降速度ＵｇをＳｔｏｋｅｓの抵抗法則から評価すると、Ｕｇ＝１.６４ｍｍ／ｓであり、極めて小さいので、沈降速度は無視した。電子顕微鏡で撮影したアルミ粉の拡大写真（５００倍）を図３に示す。
図３は本試験において固体トレーサとして使用したアルミ粉の顕微鏡写真である。図３に示されるように、アルミ粉は尖った扁平状で複雑な形状をしており、アルミ粉の姿勢によっては光をよく反射する場合と反射しない場合がある。
可視化に用いた光源はスライドプロジェクター（理化学製、ＨＩＬＵＸ−ＨＲ）を使用した。光源部にスリットを入れたフィルムを挿入し、幅２０ｍｍのスリット光源とした。さらに光が水槽に入射する位置に幅１０ｍｍのスリットをもつ黒紙を貼り、水槽内には幅１０ｍｍのスリット光源のみが入射するように工夫した。可視化画像は光路に対して９０°の方向からデジタルカメラ（ＣＡＮＯＮ製、 Ｄ７０）で撮影した。また、動画はビデオレコーダー（ＳＯＮＹ製、ＨＤＲ−ＳＲ１２）で撮影するとともに、ＨＤＤレコーダー（ＳＯＮＹ製、ＢＤＺ−Ｔ５５）にも保存した。ところで、水槽内の鉛直断面（ｒ−ｚ面）全域にわたるフローパターンの可視化において、θ＝０°（観察方向に対して鉛直となる面で、スリット光の照射面内）、４５°および９０°について予備実験をしたところ、θによらずほぼ同様の結果が得られた。したがって、本願明細書ではθ＝０°の結果を代表として報告する。
【００２８】
（試験結果１）
まず、水槽の中心軸を含む垂直断面におけるフローパターンについて図４乃至図６を参照しながら説明する。
図４（ａ）はＱ＝５０ｍＬ／ｍｉｎ一定におけるＡＲ＝０.５の場合の水槽内全域のフローパターンを可視化した画像であり、（ｂ）はこのフローパターンの模式図である。図５（ａ）はＱ＝５０ｍＬ／ｍｉｎ一定におけるＡＲ＝１.０の場合の水槽内全域のフローパターンを可視化した画像であり、（ｂ）はこのフローパターンの模式図である。図６（ａ）はＱ＝５０ｍＬ／ｍｉｎ一定におけるＡＲ＝２.０の場合の水槽内全域のフローパターンを可視化した画像であり、（ｂ）はこのフローパターンの模式図である。
なお、図４〜６中に示される符号Ｓ’は、トポロジー（位相幾何学）における「半鞍点（Half Saddle  Point）」示しており、流れが壁面から離れる点である「はく離点」、流れが壁面に付着する点である「再付着点」を総称するものである。通常、渦が存在する壁近傍には必ずこの半鞍点が存在する。また、符号Ｎｔは，水面と水槽側壁との間に生じる渦を、符号Ｎｂは，水槽底面と水槽壁面との間に発生する渦を示している。
【００２９】
図４乃至図６では渦構造が判別しにくいが、図４（ＡＲ＝０.５）および図５（ＡＲ＝１.０）では水槽内の左右領域に１対、図６（ＡＲ＝２.０）では左右領域の上段、下段に２対の寸法の大きな渦構造が存在しているのが見られる。
まず、１対の渦構造を示す場合の代表として、図５の循環流れについて結果を述べる。なお、図示していないが動画観察を加えて検討する。水槽底部中央に配置した直径２５ｍｍのエアストーンから発生した気泡の上昇にともない、流体（水）は水槽底面付近から水表面に向かい上昇し、水表面付近で向きを半径方向に転じ、円形水槽側面まで輸送される。円形側壁面に到達した水は側壁面に沿うように向きを変え下降し、水槽底面付近でさらにその向きを半径方向中心向きに転じる。この水の水槽内における大循環により大きな渦（Ｎ１）構造が形成される（図５（ｂ）を参照）。なお、水表面ではエアストーンからの気泡が一部大気中へ放出されるが、その放出量は水槽内の液深が浅いほど著しい。また、水表面の水は流動が抑制されほとんどよどんいるが、表面パターンを注意深くみると緩やかながら複雑な流動を呈している。一方、水表面の直下すぐ近傍では、かなり大きい速度の流体が中心付近から半径方向放射状に移動している。また、水槽中央部にはエアストーンからの気泡上昇も明白に見られる。なお、図４の可視化写真の渦構造が不鮮明であるが、これは動画観察よると、この条件の場合、液深が浅いため水表面から多量の気泡が抜け、そのため水槽底面から水表面に向かう気泡とともに上昇する液体の速度（アルミ粉の動き）は小さくなり、ひいては渦の循環速度が小さくなったためと思われる。なお、液深と気泡の上昇速度の関係を別途計測（図示していない）しているが、上昇速度は液深が浅いほど緩やかであった。
【００３０】
ここで、２つの渦対構造を示したＡＲ＝２.０の場合（図６）について、フローパターンを説明する。
図６から明白に見られるように、上半面領域に左右一対の渦（Ｎ１）とその下半面領域に左右一対の渦（Ｎ１’）が存在している。動画観察によると、上半面側の1対の渦（Ｎ１）は断面中心領域で上方に向かう流れであり、一方、下半面側の1対の渦（Ｎ１’）は断面中央近くで下方に向かう流れであり、両者の回転方向は反対である。なお、循環する渦構造がもつ速度は直視観察によれば、上半面側の方が大きい。以上に示したフローパターンの傾向は、Ｑ＝１０〜５０ｍＬ／ｍｉｎの範囲内ではＱにほとんど無関係に、ＡＲのみに依存して変化する。ＡＲが２.０で見られる２対の渦構造フローパターンは従来の研究結果では報告されておらず仔魚飼育技法にとり興味深い結果である。
【００３１】
なお、図４〜６中にＮｔ，Ｎｂで示される渦は、水産学上どのような意味合いを持つのかは現時点では明らかになっていない。これらの渦Ｎｔ，Ｎｂが水槽内において飼育される水産系幼生体の生存率に対して何らかの影響を及ぼすであろうことは予測されるものの、具体的にどのような影響が及ぼされるかについては未だ実証されていない。
さらに、円柱状の飼育用水内に形成される渦Ｎｔ，Ｎｂ，Ｎ１，Ｎ１’の三次元形状はいずれもドーナツ型をなし、水面の動きなどによりドーナツ型の渦の外形が多少歪む場合もあるが、通常、飼育用水からなる円柱の半径方向の垂直断面における流れ構造は金太郎飴のようにどこにおいても同じになる。
例えば、２つの渦対構造を示したＡＲ＝２.０の場合は（図６を参照）、水槽の底面側から順にドーナツ型の渦Ｎｂ，Ｎ１’，Ｎ１，Ｎｔのそれぞれが同一の中心軸上に積層されたイメージとなる。
【００３２】
（試験結果２）
次に、図２に示す水槽（飼育用水槽１５）の水平断面（ｒ−θ面）内フローパターンについて図７を参照しながら説明する。
代表としてＱ＝５０ｍＬ／ｍｉｎ，ＡＲ＝２.０（２渦対系の場合）における水表面付近、中央高さ付近および底面付近の可視化結果のみを図７（ａ）〜（ｃ）に示した。
図７（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、アスペクト比ＡＲ＝２.０の水槽（飼育用水槽１５）において水面から、−５ｍｍ，−１９５ｍｍ，−３８５ｍｍの位置の水槽の水平断面における水流を可視化して示した画像である。
水槽に収容される水柱の水表面付近（ｚ／ｒ＝−０.０３）を可視化した画像である図７（ａ）を見ると、中心付近に気泡の上昇（動画の結果より）している領域が観察され、そこから放射状方向に気泡とアルミ粉とが移動している。また、円形側壁近傍では種々のスケールの渦構造が観察（動画の結果を利用）され（先の図６（ｂ）中のＮｔを参照）、円周方向に三次元性が見られる。
水槽に収容される水柱の中央高さ付近（ｚ／ｒ＝−１.０）の図７（ｂ）を見ると、円形側壁付近ではアルミ粉は複雑な挙動を示しつつ、比較的スケールのそろった渦構造（下半面で見られる規模の大きい循環渦の頭頂部に相当）が見られる。全体のフローパターンは流れが中心向き（写真の矢印）に移動して（動画の結果を利用）いる。
水槽に収容される水柱の底面付近近（ｚ／ｒ＝−１.９７）の図７（ｃ）を見ると、中心付近を除き、アルミ粉は放射状に外向き(写真の矢印)に向かっており、流れは放射状外向きとなっている。
【００３３】
アスペクト比ＡＲ＝１.０の場合、水面付近のフローパターンは図７（ａ）と同様である。すなわち、ＡＲの変化によって鉛直断面内のフローパターンは２つに大別できるが、水表面付近のフローパターンは変化しないようである。一方、ＡＲ＝１.０の底面付近のフローパターンは図７（ｃ）と同様であるが、流動方向は反対である。
なお、本試験条件の通気量Ｑの範囲内ではエアストーンから放出される気泡上昇によって誘起される水は水槽底部付近から水面付近まで輸送される。しかしながら、通気量Ｑを極めて少なくすると、水槽底部付近の水は水面付近まで上昇せずに本研究で観察されたフローパターンとは異なる可能性がある。しかしながら、水産系幼生体の飼育時に通気は不可欠であり、通気量Ｑが極めて少ない状態で水産系幼生体の飼育を行う可能性は極めて低く、通気量Ｑが極めて少ない状態で、上述のような２対渦系のフローパターンを形成させることができなくとも問題になることはない。
【００３４】
さらに、発明者は上述の図２に示す試験装置を用い、エアストーンへの通気量Ｑと水槽のアスペクト比ＡＲを系統的に変化させ、図６に示されるような２対渦系が形成されるＡＲ値の限界値を求めた。なお、エアストーンへの通気量Ｑの上限値はＱ＝１００ｍＬ／ｍｉｎとした。
図８は縦軸にアスペクト比ＡＲの値をとり、横軸の通気量Ｑを変化させた場合の各渦対系が生じる領域を示したグラフである。
図８中において境界を示す２本の実線は、得られた実験データを最小二乗法で求めた曲線を示している。図８に示されるように、通気量Ｑ＝１０〜１００ｍＬ／ｍｉｎの範囲では、１渦対系および２渦対系を形成するＡＲ値は変化せず、一定であった。
ただし、図８中において境界を示す２本の実線はあくまでも演算により求められた仮想の曲線であるため、実際には、通気量Ｑが１０ｍＬ／ｍｉｎを下回り、かつ、Ｙ軸に特に近い領域においては、図８において予測されるようなフローパターンが形成されない可能性もある。しかしながら、上述のとおり、水産系生物の飼育には通気が不可欠であり、通気量Ｑが極めて少ない状況で水産系幼生体の飼育が行われる可能性は、特殊な場合を除いて、ほとんどないと考えられるため、発明の実施には問題はない。
【００３５】
従って、上述の図７に示される試験結果によれば、本実施の形態に係る水産系幼生体飼育装置１において、気泡５に上昇により形成される上昇流７により、水槽２の中心軸６を含む垂直断面に、第１のフローパターン８、及び下降拡散流１０ａを包含する第２のフローパターン１０を形成させるためには、水槽２内の水柱のアスペクト比ＡＲを１.２以上とすることが望ましく、より好ましくは、１.２〜２.０の範囲内にすることが望ましいといえる。
また、本実施の形態に係る水産系幼生体飼育装置１では、気泡発生器４からの通気量に多少にかかわらず、水槽２内の水柱のアスペクト比ＡＲを上記範囲内に設定するだけで、第１のフローパターン８と下降拡散流１０ａを包含する第２のフローパターン１０を同時に形成させることができるといえる。
【００３６】
上述の通り、本実施の形態に係る水産系幼生体飼育装置１によれば、孵化したばかりの水産系幼生体（例えば、幼魚や、貝類の幼生など）が図６に示すような２対の渦構造のうちのいずれかに取り込まれて複雑に移動し、その結果として、アスペクト比ＡＲが１.２より小さい水槽を用いる場合に比べて、水産系幼生体の飼育用水表面への接触が減少して浮上死が少なくなると推測される。
近年、ハタ類仔魚に顕著に見られる浮上死に加えて、クロマグロなどで仔魚が夜間に遊泳を停止した際に水槽底に沈みそのままへい死する沈降死現象が大きな問題となっている。そこで、本実施の形態に係る水産系幼生体飼育装置１のようなアスペクト比ＡＲの高い水槽中の異なる渦構造のうち特定の渦流に水産系幼生体（例えば、幼魚や、貝類の幼生など）を留められるように気泡発生器４からの通気量を調整することで、海産仔魚や貝類幼生体の浮上死や沈降死を防除できる可能性が期待できる。
従って、本実施の形態に係る水産系幼生体飼育装置１によれば、シンプルな構造で、かつ、安価に、孵化したばかりの水産系幼生体がへい死し難い飼育装置を提供することができる。
【００３７】
なお、上記試験においては、比較的小型の水槽を用いて試験を実施したが、図１に示すような水槽２内に収容される飼育用水３からなる水柱の半径ｒが、例えば、４ｍのように大きい場合には、それに併せて、気泡発生器４から供給される酸素含有基体１２の供給量Ｑを、例えば、Ｑ＝６３０ｍＬ／ｍｉｎのように大きく設定する必要がある。
しかしながら、上述の試験結果からも明らかなように、水槽２内に図６に示すような２対渦系のフローパターンを形成させる際の、通気量の影響は弱いと考えられるため、水槽２を大型化した場合でも、そのアスペクト比を適切な範囲内に設定することで、確実に２対渦系のフローパターンを形成させることができる可能性は極めて高い。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上説明したように本発明は、シンプルな構成で、かつ、安価に、孵化したばかりの水産系幼生体がへい死し難い飼育装置に関するものであり、魚介類等の水産物の飼育に関する分野において利用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１…水産系幼生体飼育水槽  ２…水槽  ２ａ…底面  ２ｂ…側壁  ３…飼育用水  ３ａ…水面  ４…気泡発生器  ５…気泡  ６…中心軸  ７…上昇流  ８…第１のフローパターン  ８ａ…上昇拡散流  ８ｂ…下降収束流  ９…はく離点  １０…第２のフローパターン  １０ａ…下降拡散流  １０ｂ…上昇収束流  １１…供給管  １２…酸素含有基体  １３…エアポンプ  １４…三方弁  １５…飼育用水槽  １６…角型水槽  １７…エアストーン  １８…撮像装置（デジタルカメラ、ビデオカメラ）  １９…プロジェクター  ２０…光面（スリット光）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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